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技術 少なくとも1つの物体面及び少なくとも1つの像側屈折面を備えたレンズ

出願人 ジャビルオプティクスジャーマニーゲーエムベーハー
発明者 ステルツァー,カールステン
出願日 2015年2月10日 (4年7ヶ月経過) 出願番号 2015-024235
公開日 2015年9月24日 (3年11ヶ月経過) 公開番号 2015-166863
状態 特許登録済
技術分野 光学要素・レンズ カメラの露出制御 レンズ以外の光学要素 顕微鏡、コンデンサー
主要キーワード 物体側屈折面 部分透過ミラー 分離方向 鏡面板 撮像装置用 分離面 強度差 内部全反射
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この項目の情報は公開日時点(2015年9月24日)のものです。
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図面 (4)

課題

光を分離するための構成要素を追加することなくレンズ伝播する有効光束の光強度を測定可能なレンズを提供する。

解決手段

少なくとも1つの物体側屈折面17及び少なくとも1つの像側屈折面18を備え、物体側屈折面17と像側屈折面18との間に配置され光軸2に対して斜めに配置される反射面5を備える。入射光束12の一部は反射面5に当たり、この一部は入射光束12から部分光束13として分離し、レンズ1の周辺領域14へ入射する。光強度を測定するための計測装置15は、周辺領域14の後方に配置されてもよい。

概要

背景

概要

光を分離するための構成要素を追加することなくレンズ伝播する有効光束の光強度を測定可能なレンズを提供する。少なくとも1つの物体側屈折面17及び少なくとも1つの像側屈折面18を備え、物体側屈折面17と像側屈折面18との間に配置され光軸2に対して斜めに配置される反射面5を備える。入射光束12の一部は反射面5に当たり、この一部は入射光束12から部分光束13として分離し、レンズ1の周辺領域14へ入射する。光強度を測定するための計測装置15は、周辺領域14の後方に配置されてもよい。

目的

本発明は、光強度を簡単かつ省スペースな方法で測定可能なレンズを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

少なくとも1つの物体側屈折面17及び少なくとも1つの像側屈折面18を備えたレンズ1であって、前記レンズ1の光軸2に対して斜めに配向された反射面5を備え、当該反射面5は前記物体側屈折面17と前記像側屈折面18との間に配置されていることを特徴とするレンズ1。

請求項2

前記反射面5が、前記レンズ1の物体側に入射し、前記レンズ1の周辺領域14に向かう光束12の一部を反射するように構成されることを特徴とする、請求項1に記載のレンズ1。

請求項3

前記反射面5が平面であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のレンズ1。

請求項4

前記反射面5が前記レンズ1の表面によって形成されていることを特徴とする、請求項1〜3の何れかに記載のレンズ1。

請求項5

前記反射面5と前記光軸2とがなす角度6が、物体側に前記光軸2と平行に入射する光が全反射する臨界角よりも大きいことを特徴とする、請求項1〜4の何れかに記載のレンズ1。

請求項6

前記反射面5が前記レンズ1の内部へ延びる開口8の底部に配置されていることを特徴とする、請求項1〜5の何れかに記載のレンズ1。

請求項7

前記開口8が前記物体側屈折面17と反対側に開いていることを特徴とする、請求項6に記載のレンズ1。

請求項8

前記物体側屈折面17と前記像側屈折面18との間に配置された複数の反射面5'を備えていることを特徴とする、請求項1〜7の何れかに記載のレンズ1。

請求項9

前記反射面5,5'が前記光軸2に対して異なる方向に傾斜していることを特徴とする、請求項8に記載のレンズ1。

請求項10

複数の物体側屈折面17及び複数の像側屈折面18とを備えるハニカムコンデンサレンズであることを特徴とする、請求項1〜9の何れかに記載のレンズ1。

技術分野

0001

本発明は、少なくとも1つの物体屈折面と少なくとも1つの像側屈折面とを備えたレンズに関するものである。

0002

上述したタイプのレンズは、周知であり撮像に広く用いられている。しかしながら、撮像の際、例えば撮像装置によって光束の光強度を測定する際には、レンズを通過する光束の一部を分離しなければならないことが多い。現在までのところ、部分透過ミラーがその目的のために使用されており、それはレンズの前又は後に、光束に沿うように配置される。しかしながら、半透明ミラーの使用には追加のスペースが必要であり、特に小型の撮像装置用では(使用が)限定される。

0003

したがって、本発明は、光強度を簡単かつ省スペースな方法で測定可能なレンズを提供することを目的とする。

0004

この目的は、上述したレンズ、すなわち、物体側と像側との間に、光軸に対して斜めに配置される反射面を有するレンズによって達成される。

0005

レンズに入射する光束(から)の光は、反射面において反射によって分離(couple out)されるため、光束はその一部のみが有効光束としてレンズの像側面伝播できる。反射面で反射する光は、したがって、部分透過ミラー等の追加の光学部品を必要とすることなく反射し、又は光束から抽出される。そのため、本発明に係るレンズによって、撮像装置をコンパクトな設計にすることが可能となる。また、光を光束から分離する追加の光学部品のためのコストも必要がない。さらに、反射面はレンズの一部であり、撮像装置を組み立てる際に位置合わせが必要ないため、レンズは許容範囲内のわずかな影響のみで光束を分離する。

0006

本発明に係る解決方法は、任意の方法で組み合わせることのできる、様々な個別の有利な実施形態によって、改良することができる。それらの実施形態及び、それらに関連する効果を以下に説明する。

0007

例えば、反射面は、物体側のレンズに入射したレンズの周辺領域へ向かう光束の光を部分的に反射するよう形成してもよい。レンズの周辺領域は、反射面で反射した部分光束がレンズの周辺領域を容易に通過できるよう構成してもよい。

0008

光強度を測定するため、レンズを有する撮像装置は光強度計測装置とともに設けられ、この光強度計測装置は、反射面に臨むよう、周辺領域の後方に配置される。散乱光又はレンズを通過した光束の一部は、分離した部分光束の強度測定干渉しないようになっている。入射光束及び有効光束の光強度は、部分光束の光強度から導出できる。光強度の測定の代わりに、もしくはそれに加えて、部分光束の色や色温度などの他のパラメータを測定することもでき、光強度計測装置の代わり、もしくはそれに加えて、適切な計測装置を設けても良い。

0009

好ましくは、周辺領域は、分離面(decoupling surface)とともに設けられ、又は分離面から構成される。部分光束がほとんど反射されることなく分離面を通過し、計測装置に到達できるよう、分離面は、例えばコーティングされて形成される。分離面も、屈折面として設計することが可能である。

0010

具体的には、反射面が、光軸と平行にレンズに入射した光をレンズの周辺領域に向けて反射するように設計することができる。レンズの周辺領域は、光軸と平行にレンズに入射した光が反射面で反射した後周辺領域と垂直に配向されるよう配置することができる。したがって、反射した部分光束は、部分光束の光があまり屈折又は反射しない周辺領域を通って、わずかな損失のみで伝達される。

0011

反射面は、光軸と平行にレンズに入射する光が略一定の幅を有する部分光束の形で反射されるよう、平面とするのが好ましい。これによって、計測装置上の部分光束の配置が簡素化される。

0012

反射面は、レンズ内に配置された、例えば鏡面板のようにレンズとともに形成される反射素子として形成できる。ただし、特に簡単な好ましい実施形態では、反射面は、レンズの表面によって形成される。その場合は、もはや反射面を備えた反射素子をレンズに取り付ける必要がない。レンズの光軸に関連した反射面の向きを略不変とし、光束から分離して反射する光の割合と部分光束の配向とを一定に保つため、レンズの表面は通常容易に置換可能ではなく、レンズの他の部分に対して回転可能でもない。

0013

反射面は反射可能に設計することができ、例えばアルミニウムを含む反射層を備えることができる。しかしながら、反射面とレンズの光軸とがなす角度は全反射する角度よりも大きくするのが好ましい。
その角度は、物体側において光軸と平行にレンズに入射する光が内部全反射する臨界角よりも大きいことがより好ましい。その結果、光束の一部としてレンズに入射し、反射面に入射する光は、反射面を通過する望ましくない領域を照らす光を許容することなく、反射面を介して、部分光束としてほぼ完全に分離することができる。その際、反射層を取り付ける必要はない。

0014

反射面は、好ましくは、レンズ内へ延びる開口の底部に配置される。開口は、止まり孔又は溝としてレンズ内へ延びている。この配置は、レンズの組み立て時に問題を生じさせ得る、反射面から突出してこの反射面を支持する要素のための追加のスペースを不要とする。そのため、本発明のレンズでは、追加のスペースを必要とすること無く、容易に設置することができる。さらに、反射面は、開口を介して、または開口を設ける際に容易に形成することができる。

0015

開口は、物体側面を通ってレンズに入射した光がレンズの組成物を通って反射面に当たるように物体側面と反対側に開いており、その光は、全内部反射によって、プリズム内の光のように、低損失分離可能になっている。

0016

レンズの形成時等に、容易に開口及び反射面を設けることができるよう、開口は、光軸に対して横方向に一定の断面を有していることが好ましい。開口は、射出成形又は加圧成形により形成することができ、断面は円形楕円形あるいは長方形などの多角形とすることができる。

0017

開口は、光軸に対して横方向に閉じるように、すなわち完全にレンズの組成物によって囲まれるように形成されてもよい。

0018

レンズの使用中に反射面に当たらない入射光束の一部への影響を最小限にするため、開口は、光軸と平行に延びていることが好ましい。

0019

他の有利な実施形態においては、レンズは、物体側面と像側面との間に配置される第2の反射面を有することができる。光束の異なる領域又は部分が2つの反射面に当たるよう、これら2つの反射面は、光軸に対して横方向に間隔を空けて設けることができる。したがって、例えばレンズに入射する光束の異なる部分の光強度を測定することができる。また、2つの反射面によって、光束から2つの部分光束を分離することができる。

0020

2つの反射面は光軸に沿ってレンズ内の異なる深さ位置に配置されてもよく、部分光束が全く重ね合わさることなく、又は不完全に重ね合わさることなくことなく同一の周辺領域を伝播するよう、反射面は、例えば互いに平行になるように延びていてもよい。一方で、反射面は、部分光束が異なる周辺領域に伝播し、例えば、互いに離間し、各反射面から最も近い周辺領域に達するよう、異なる方向、例えばレンズの光軸に対して反対方向に傾斜することが好ましい。これによって、1つの部分光束の光強度が別の部分光束の影響を受けることを防止することができる。

0021

特に、レンズは物体側面と像側面との間に複数の反射面を含んでいてもよい。例えば、レンズは、3、4またはそれ以上の反射面を含んでいてもよい。これらの反射面は、光を入力光束から別々の方向、例えば異なる周辺領域に向かうよう分離する。一方、少なくとも2つの反射面を、分離した部分光束の少なくとも一部又は全てが、例えば周辺領域又はレンズの外部において重ね合わさるよう配置してもよい。

0022

複数の小さな反射面は、個々の反射面あるいは単一の大きな反射面よりも、有効光束の均質性の低下を抑えることができる。さらに、有効拘束の均質性は複数の小さな反射面の適切な配置によって、より改善することができる。部分光束を重ね合わせることで、測定装置の必要数を低減することができる。

0023

レンズは、例えばコンデンサレンズであり、特に光束の均質化のためには、ハニカムコンデンサレンズとする。ハニカムコンデンサレンズは複数の物体側屈折面及び複数の像側屈折面を有しており、そこでは、反射面は例えば、光軸に対して横方向に配置される並列するマイクロレンズを形成する。

0024

撮像装置の有効光束は、本発明のハニカムコンデンサレンズを用いることで均質化することができるため、特定の時間における有効光束の光強度の設定値からのばらつきをできる限り小さくすることができる。さらに、撮像装置によって、少なくとも1つの部分光束に基づいて、有効光束の光強度も長期間に亘って測定することができ、有効光束の光強度は、その測定結果に基づいて、常に略一定に維持されるよう制御できる。1つ以上の反射面は、ハニカムコンデンサレンズがあるため、均質性にほとんど影響を与えない。考え得る影響は、ハニカムコンデンサレンズを調整することによって補償することができる。

0025

光軸に対して直角方向の1つ以上の反射面の大きさは、部分的なレンズ又はハニカムコンデンサレンズの一部のレンズの整数倍の大きさに対応する。1つ以上の反射面は、光軸と平行に、少なくとも1つのハニカムコンデンサレンズの一部のレンズの後方に配置することができ、部分的なレンズ又は部分的なレンズの隣接したグループ整列することができる。以下、本発明を、例示的な実施形態及び図面を参照しつつ説明する。すでに個々の実施形態について説明したような実施形態の別の特徴は、独立に組み合わせることができる。

図面の簡単な説明

0026

本発明の第1実施形態に係るレンズの例を示す、概略断面図。
本発明の他の実施形態に係るレンズの例を示す、概略断面図。
本発明のさらに他の実施形態に係るレンズの例を示す、概略断面図。

実施例

0027

まず、本発明に係るレンズの構造及び機能を、図1を参照して説明する。

0028

図1は、レンズ1を模式的に示す断面図である。レンズ1の光軸2は、断面図の断面を走行する。

0029

レンズ1は物体側面3及び像側面4を有し、これらは光軸2と平行な方向に連続的に配置されている。これらの側面3,4は、それぞれ少なくとも1つの屈折面から構成することができる。

0030

レンズ1は、物体側面3と像側面4との間に配置された反射面5を備えており、反射面5は光軸2に対して斜めに配向されている。光軸2と反射面5とがなす角度6は、レンズ1に入射する光、例えば物体側面3を光軸2と平行に通過する光が全反射する臨界角よりも大きいことが好ましい。

0031

反射面5は、レンズ1内に延びる開口8の底部7上に配置されており、開口8はレンズ1の物体側面3と反対方向に開いている。そのため、開口8によって形成される通過口9は、像側面4に配置される。開口8の側壁10,11は、光軸2と略平行に延びるのが好ましい。レンズ1に入射した、例えば光軸2と平行な光は、側壁10,11に全く入射しないか、又は影響のない程度にしか入射しないため、その光は、側壁10,11に対して全く反射しないか、影響のない程度にしか反射しないか、あるいは側壁10,11によって屈折することになる。

0032

レンズ1の機能を説明するため、図1には光束12が複数の矢印によって示されており、その光束12は、物体側面3を通ってレンズ1に入射している。入射した光束12は、方向Rに向かってレンズ1内を伝播し、レンズ1の像側面の少なくとも一部から出射する。方向Rは、光軸2と平行である。

0033

レンズ1を通る方向Rの経路に沿って、入射光束12の一部は反射面5に当たり、そのため、この一部は入射光束12から部分光束13として分離し、反射面5によって光軸2に対して斜め方向又は横方向に反射する。特に、部分光束13は光軸2に対して直角に進み、その経路に沿ってレンズ1の周辺領域14へ入射する。部分光束13は分離方向Aに沿って周辺領域14を伝播する。そして、分離方向Aは周辺領域14に対して垂直に配向するのが好ましい。反射面5からの分離方向Aに見られるように、部分光束13の光強度を測定するための、撮像装置等の計測装置15は、周辺領域14の後方に配置されてもよい。入射光束12の測定結果は、計測装置15に入射する部分光束13から導出することができる。特に、入射光束12の光強度の測定結果は、部分光束13の光強度から導出することができる。

0034

有効光束16は、像側面4を通過するが、それは基本的に、入射光束12から部分光束13を除いたものに対応する。有効光束16の光強度の測定結果は、部分光束13の光強度に基づいて導出される。

0035

図1のレンズ1は例示的なハニカムコンデンサレンズとして示され、その物体側面3は少なくとも1つ、一般的には複数の屈折面17を有し、像側面4は少なくとも1つ、一般的には複数の屈折面18を有する。ハニカムコンデンサレンズは光束を均質化するために用いられる。ハニカムコンデンサの特性により、有効光束16の均質性は、反射面5あるいは開口8を備えることによってはほとんど影響しない。このように、入射光束12、すなわち有効光束16の光強度は、本発明に係るレンズ1によって、有効光束16の均質性をほとんど低下させることなく容易に測定することができる。

0036

図2は、本発明の他の実施形態に係るレンズ1を模式的に示す断面図である。図1に示す実施形態の要素と機能的及び/又は構造的に対応する要素には、同一の符号が用いられている。簡潔にするため、図1に示す実施形態との相違点のみ、以下で説明する。

0037

図2の(例示的な)実施形態に係るレンズ1は、例えば開口8の底部7に配置される反射面5を有する、図1の実施形態に係るレンズ1と同様に示されている。加えて、レンズ1は、もう一つの反射面5と光軸2に対して垂直な、例えば分離方向Aに離間されたもうひとつの反射面5'を含む。他の反射面5'は、開口8'の底部7'に配置される。2つの開口8,8'は方向Rに開かれており、方向Rと反対の方向に同一の最大深さを有している。反射面5,5'は、そのため、物体側面3から同じ間隔を有していることになる。特に、開口8,8'は、それらの投像が光軸2に対して垂直な方向に完全に重複するように、光軸2の垂直方向にそれぞれを整列させることができる。

0038

反射面5と光軸2との間の角度6の大きさは、反射面5と光軸2との間の角度6'と略対応する。ただし、反射面5'は、光軸2に対して反射面5と異なる方向、特に光軸2の反対の方向に傾斜していることが好ましい。反射面5によって分離した部分光束は、そのため、周辺領域14に向かって伝播する。
反射面5'によって分離した部分光束13'は、周辺領域14とは反対に位置する別の周辺領域14'に向かう。したがって、部分光束13'は、他方の反射面5'からさらなる分離方向A'に向かい、他方の周辺領域14'に達する。なお、これらの2つの分離方向A,A'は反対の方向を向いていてもよい。

0039

図2のレンズ1も、部分光束13,13'の光束12からの分離が有効光束16の均質性をほとんど低下させないようにするため、ハニカムコンデンサとするのが好ましい。

0040

図3は本発明の別の実施形態に係るレンズ1を模式的に示す斜視図である。上述した実施形態の要素と機能的及び/又は構造的に対応する要素には、同一の符号が用いられている。簡潔にするため、上述した実施形態との相違点のみ、以下で説明する。

0041

図3のレンズ1は、複数の物体側屈折面及び像側屈折面17,18を備えたハニカムコンデンサレンズとして形成される。光軸2と平行な方向に配置された対向する屈折面17,18は、ハニカムコンデンサレンズのレンズの一部を形成する。

0042

図2に示す実施形態とは対照的に、図3に示すレンズ1は、3つ以上、一般には4つ以上の反射面5a,5b,5c,5dを備える。この例において、各反射面5a,5b,5c,5dは、開口8a,8b,8c,8dの底部7a,7b,7c,7dに配置される。各開口8a,8b,8c,8dは、光軸2と平行に延びるのが好ましく、レンズ1の物体側面3と反対方向に開いているのが好ましい。.

0043

反射面のうちの2つ、例えば反射面5a,5bは、光軸2と周辺領域14との間に配置される。反射面5a,5bで分離した部分拘束13a,13bは、部分光束13a及び13bの強度差を1つの計測装置15を用いて測定するために、少なくとも周辺領域14又は周辺領域14の先に設けられた計測装置15の(位置する)領域で重ね合わせられる。

0044

必要に応じて設けられる他の2つの反射面5c及び5dは、光軸2ともう一方の周辺領域14'との間に配置されるように示されている。これらの反射面5c,5dは、分離した部分光束13'a,13'bが追加の周辺領域14'又はその先に設けられる追加の計測装置15'の(位置する)領域で重ね合わさるよう並んでいる。

0045

計測装置15,15'が周辺領域14,14'と隣接する場合、部分光束13a,13b又は13a',13b'を、周辺領域14,14 'において重ね合わせることができる。特に、それぞれの計測装置15,15'が部分光束13a,13b又は13a',13b'を同じ割合だけ受けることを確実にするため、部分光束を完全に重ね合わせることもできる。

0046

図3の実施形態の他の例として、部分光束13a,13b,13a',13b'が重なり合わないよう、また、例えば、各部分光束13a,13b,13a',13b'がレンズ1の対応する周辺領域に直接向かうよう、反射面5a,5b,5c,5dを配置してもよい。

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